ストロンチウム90

ストロンチウム90とは

ストロンチウム90（Sr-90）は、ストロンチウムの同位体の一つで、質量数が90のものを指します。天然ストロンチウムに存在する安定同位体よりも中性子過剰であるため、ベータ崩壊を起こす放射性同位体です。

生成

ストロンチウム90は、主にウランやプルトニウムの核分裂反応によって生成されます。核分裂生成物として数%程度生成し、高レベル放射性廃棄物や核実験によって生じる「死の灰」中に多く含まれます。

核分裂反応

ウラン235が中性子を吸収して核分裂を起こすと、質量数が90から100付近と130から145付近の核分裂断片が生成されます。これらの核分裂断片は中性子過剰なため、ベータ崩壊を繰り返して安定な同位体に変化していきます。ストロンチウム90は、これらの核分裂断片の一つとして生成されます。

具体的には、ウラン235の核分裂により、まずクリプトン90(半減期32.3秒)が生成し、これがベータ崩壊によりルビジウム90(半減期2.6分)に変化し、最終的にストロンチウム90となります。ストロンチウム90は、核分裂によって直接生成する割合は少ないですが、短寿命の核種がベータ崩壊することによって生成します。

放射性崩壊

ストロンチウム90はベータ崩壊によりイットリウム90（Y-90）を生成します。イットリウム90もまたベータ崩壊を起こし、安定なジルコニウム90（Zr-90）になります。ストロンチウム90の半減期は28.79年で、1グラムあたりの放射能強度は5.11×10^12ベクレルです。しかし、娘核種であるイットリウム90の崩壊も伴うため、最終的にはこの2倍の放射能強度となります。イットリウム90の半減期は64時間と短く、すぐに崩壊します。

ストロンチウム90のベータ崩壊エネルギーは0.5459MeVですが、イットリウム90のベータ崩壊エネルギーは2.280MeVと非常に高く、透過性が高いベータ線を放出します。そのため、体内に取り込まれると細胞を損傷する危険性が高くなります。1cm程度の水では遮蔽できず、危険性が高いです。

崩壊系列

ストロンチウム90の崩壊系列は以下の通りです。

math
\mathrm{^{90}_{38}Sr \xrightarrow[{28.79\ years}]{\beta^{-} \ 0.5459\ MeV} \ _{39}^{90}Y \xrightarrow[{64.053\ hours}]{\beta^{-} \ 2.280\ MeV} \ _{40}^{90}Zr}

環境中の存在

自然界には、天然ウランの自発核分裂によってわずかに存在しますが、その量はごく微量です。現在環境中で検出されるストロンチウム90のほとんどは、過去の核実験によって放出された放射性降下物の残留物です。1950年代から1960年代にかけて行われた核実験により、大量のストロンチウム90が環境中に放出されました。半減期の約2倍の時間が経過した現在でも、当時の1/4程度が残存しています。

ストロンチウムは非常に反応性の高い金属であり、水と激しく反応して水素を発生するため、環境中では単体として存在せず、常にイオン（Sr2+）として存在します。

環境への影響

ストロンチウム90は、原子力発電所の事故や核実験によって環境中に放出されると、土壌や水中に拡散し、食物連鎖を通じて人体に取り込まれる可能性があります。ストロンチウムはカルシウムと化学的性質が似ているため、体内に入ると骨に蓄積されやすく、長期間にわたりベータ線を放出し続けます。その結果、骨腫瘍などの原因となるリスクがあります。

事故による放出

原子力発電所の事故では、ストロンチウム90はヨウ素131やセシウム137と比較して揮発性が低いため、比較的漏出しにくいとされています。しかし、1986年のチェルノブイリ原子力発電所事故では、ストロンチウム90の放出が確認され、周辺の土壌を汚染しました。

分析方法

ストロンチウム90はベータ線を放出しますが、ガンマ線をほとんど放出しないため、ガンマ線測定による分析はできません。そのため、試料からストロンチウムを化学的に分離し、ベータ線を測定するという手法を取らざるを得ません。

一般的な分析方法は、試料溶液から炭酸ストロンチウムの形で沈殿させ、塩酸で溶解後、イオン交換樹脂で妨害元素を分離します。次に、鉄(III)塩とアンモニア水を加えて水酸化鉄(III)を沈殿させ、共存する娘核種であるイットリウム90を除去します。その後、2週間から4週間放置してイットリウム90を十分に生成させ、再び水酸化鉄(III)で沈殿させて分離し、このイットリウム90のベータ線を測定して、ストロンチウム90の量を算出します。

最近では、高周波誘導結合プラズマ質量分析装置(ICP-MS)を利用した分析方法も開発され、より迅速かつ正確な分析が可能になっています。この方法は、1検体を20分程度で分析でき、検出限界も低いという特徴があります。

応用

ストロンチウム90は、高いベータ線エネルギーと長い半減期を利用して、宇宙船、無人気象ステーション、航行用ブイなどの動作用エネルギー源である原子力電池として応用されています。

健康への影響

ストロンチウム90は、体内に入ると骨に蓄積しやすく、長期間にわたってベータ線を放出し続けるため、内部被曝による骨腫瘍のリスクがあります。特に注意が必要です。

参考文献

β線スペクトロメトリーによる89Srおよび90Srの定量 RADIOISOTOPES Vol.29 (1980) No.11 P542-545
『ストロンチウム90』 - コトバンク

外部リンク

* ストロンチウム90

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